Кіріспе

Адамда кездесетін сүтқоректілердің ақуызы – Амилоид бета прекурсорлық ақуызы (APP) – көптеген тіндерде өрнектеліп, нейрондардың синапстарында жинақталған интегралды мембраналық ақуыз. Ол жасуша бетіндегі рецептор ретінде қызмет етеді және синапс қалыптасуын, нейропластикалық қабілеттілікті, антимикробтық белсенділікті және темірдің шығарылуын реттеуге қатысады. Ол APP генімен кодталады және субстраттың ұсынылуы арқылы реттеледі. АПП ең көп бета-амилоид (Aβ) – 37-ден 49-ға дейін аминқышқыл қалдықтарынан тұратын полипептидтің прекурсоры ретінде белгілі, оның амилоид фибриллярлық түрі Альцгеймер ауруымен ауырған науқастардың миында табылған амилоид плактарының негізгі құрауышы болып табылады.

Генетика

Бета-амилоид прекурсорлық ақуыз – ежелгі және өте сақталған ақуыз. Адамда APP гені 21-ші хромосомада орналасқан және 290 килобазаға созылатын 18 экзонды қамтиды. Адамдарда АПП-ның бірнеше баламалы тігілу изоформалары анықталды, олардың ұзындығы 639-дан 770 аминқышқылына дейін, ал кейбір изоформалар негізінен нейрондарда экспрессияланады; осы изоформалардың нейрондық арақатынасындағы өзгерістер Альцгеймер ауруымен байланысты. Гомологты ақуыздар басқа организмдерде де анықталды, мысалы, Drosophila (жеміс шыбындары), C. elegans (нематодалар) және барлық сүтқоректілерде. Ақуыздың белдік мембраналық доменінде орналасқан бета-амилоид аймағы түрлер арасында жеткілікті сақталмайды және АПП-ның табиғи биологиялық функцияларымен тікелей байланысы жоқ. Мысалы, туыстық Альцгеймер ауруымен байланысты Aβ аймағынан тыс бірнеше мутациялар Aβ өндірісін күрт арттыратыны анықталды. APP геніндегі мутация (A673T) Альцгеймер ауруынан қорғайды. Бұл алмастыру бета-секретазаның тіліну орнына жақын орналасқан және in vitro жағдайында бета-амилоидтың түзілуін 40%-ға азайтады.

Құрылымы

APP тізбегінде көбінесе өздігінен бүгілетін бірнеше түрлі құрылымдық домендер табылды. Ұяшық сыртындағы аймақ, ұяшық ішіндегі аймақтан әлдеқайда үлкен, қышқылдық доменмен (AcD) байланысты E1 және E2 домендеріне бөлінеді; E1 екі субдоменді қамтиды, соның ішінде өсу факторы сияқты домен (GFLD) және мыс байланыстыру домені (CuBD), олар тығыз өзара әрекеттеседі. Мида ерекшеленген экспрессияланатын изоформада жоқ серин протеаза ингибитор домені қышқыл аймақ пен E2 доменінің арасында кездеседі. АПП-ның толық кристалдық құрылымы әлі шешілмеген; алайда, жеке домендер сәтті кристалданады, өсу факторы сияқты домен, мыс байланыстыру домені, толық E1 домені. Ол жиі секретаза отбасының протеаздарымен кесіледі; альфа секретаза және бета секретаза екеуі де мембранаға бекітілген карбоксилдік терминалды фрагменттерді босату үшін дерлік бүкіл ұяшық сыртындағы доменді алып тастайды, олар апоптозбен байланысты болуы мүмкін. АПП-ның амилоидтық өңделуі оның липидтік салдарда болуымен байланысты. АПП молекулалары мембрананың липидтік сал аймағын алып жатқанда, олар бета секретазаға оңай қол жетімді және әртүрлі кесіледі, ал салдың сыртындағы АПП молекулалары амилоидтық емес альфа секретазамен әртүрлі кесіледі. Гамма секретазаның активтілігі де липидтік салдармен байланысты. Холестериннің липидтік салдарды сақтаудағы рөлі, жоғары холестерин мен аполипопротеин E генотипінің Альцгеймер ауруының маңызды тәуекел факторлары екенін көрсететін байқаулардың ықтимал түсіндірмесі ретінде айтылды.

Биологиялық қызметі

АПП-ның табиғи биологиялық рөлі Альцгеймер ауруын зерттеу үшін ерекше қызығушылық тудырады, бірақ оны толыққанды түсінуге әлі мүмкіндік болған жоқ. Зерттеушілер Альцгеймер ауруының эксперименталды модельдерін аурудың патологиясы мен дамуында АПП-ның биологиялық функциясын жақсырақ түсіну үшін кеңінен пайдаланады.

Соматикалық рекомбинация

Адам миының нейрондарында АПП генін кодтайтын генде соматикалық рекомбинация жиі жүзеге асады. Спорадикалық Альцгеймер ауруымен ауырған адамдардың нейрондары, сау адамдардың нейрондарына қарағанда соматикалық рекомбинация нәтижесінде АПП гендерінің көбірек әртүрлілігін көрсетеді. Бұған қоса, АПП пен кинезиннің өзара әрекеттесуі АПП-ның пептидтік тізбегіне тән екені көрсетілді. Жақында жүргізілген тәжірибеде, пептидтермен конъюгацияланған түсті бұрандаларды тасымалдау кезінде, бақылаулар бір ғана аминқышқылы – глицинге конъюгацияланды, осылайша жоғарыда аталған 15 аминқышқылының тізбегінсіз АПП сияқты соңғы карбоксил тобын көрсетті. Бақылау бұрандалары қозғалмады, бұл пептидтердің соңғы COOH тобы тасымалды қамтамасыз ету үшін жеткіліксіз екенін дәлелдеді.

Темір экспорты

Альцгеймер ауруына қатысты жаңа көзқарас, егеуқұйрықтарда жүргізілген зерттеуде APP ферроксидаза активтілігіне ие екені анықталды, ол ферропортінмен өзара әрекеттесу арқылы темірдің шығарылуын жеңілдетеді; бұл активтілікті Альцгеймер ауруында жинақталған Aβ тұтқындаған мырыш тоқтатуы мүмкін. APP-ның E2 доменінде ферроксидаза активтілігі бар және Fe(II) темірінің шығарылуын жеңілдетеді деген гипотеза қате болуы мүмкін, себебі E2 доменінде орналасқан APP-ның ұсынылған ферроксидазалық орнында ферроксидаза активтілігі жоқ. APP-ның E2 доменінде ферроксидаза активтілігі болмағандықтан, ферропортін арқылы APP-мен реттелетін темірдің шығарылу механизмі күдік тудырды. Бір модель бойынша, APP жасушалардың плазмалық мембранасындағы темір шығарушы ақуыз ферропортінды тұрақтандырады, соның салдарынан мембранадағы ферропортін молекулаларының жалпы саны артады. Бұл темір тасымалдаушылар белгілі сүтқоректілердің ферроксидазалары (яғни, церулоплазмин немесе гефаэстин) арқылы белсендірілуі мүмкін.

Гормоналды реттеу

Амилоидты β прекурсорлық белок (AβPP) және оған байланысты барлық секретaзaлар дамудың ерте кезеңінде экспрессияланады және репродукция эндокринологиясында маңызды рөл атқарады. Секретaзaлардың AβPP-ні өңдеуінің ерекшелігі адам эмбрионалды дің жасушаларының (hESC) көбеюін реттейді, сондай-ақ олардың нейрондық прекурсорлық жасушаларға (NPC) дифференциациялануына әсер етеді. Жүктілік гормоны – адам хориондық гонадотропині (hCG) AβPP экспрессиясын және hESC пролиферациясын арттырады, ал прогестерон AβPP өңдеуін амилоидтық емес жолға бағыттайды, бұл hESC-тің NPC-ге дифференциациялануын күшейтеді. AβPP және оның ыдырау өнімдері митоздық бөлінуден кейінгі нейрондардың көбеюіне және дифференциациялануына ықпал етпейді; керісінше, митоздық бөлінуден кейінгі нейрондарда жабайы типті немесе мутантты AβPP-нің артық экспрессиясы олардың жасушалық циклға қайта кіргеннен кейін апоптоздық өлімге алып келеді. Менопаузадан кейін және андропауза кезінде жыныс гормондарының (оның ішінде прогестеронның) деңгейі төмендеп, лютеинизациялық гормонның (ересектердегі hCG-нің аналогы) деңгейінің артуы амилоид β өндірісін және митоздық бөлінуден кейінгі нейрондардың жасушалық циклға қайта кіруін қозғауы мүмкін.